JP2019527568A - 生理的状態を検知するための超音波後方散乱を用いたインプラント - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、米国仮出願番号62/359,672(2016年7月7日出願、名称「NEURALDUST AND ULTRASONIC BACKSCATER IMPLANTS AND SYSTEMS, AND APPLICATIONS FOR SUCH SYSTEMS」)に基づく優先権を主張するものであり、該米国仮出願は、すべての目的のため、参照により本明細書に援用される。
本発明は、認可番号HR0011−15−2−0006の下、国防高等研究計画局(DARPA)により与えられた政府支援により成されたものである。政府は本発明に対し一定の権利を有する。
本発明は、対象の生理的状態を検知し超音波後方散乱を用いて報告する埋め込み型デバイスに関する。
従来から知られている「ニューラルダスト」システムは、小型の埋め込み型デバイス(「ニューラルダスト」または「モート」と称する)と、超音波送信およびモートから反射される後方散乱送信を用いて該モートのそれぞれと通信する埋め込み型超音波トランシーバと、該埋め込み型超音波トランシーバと無線通信する外部のトランシーバとを有する。「Seo et al., Neural dust: an ultrasonic, low power solution forchronic brain-machine interfaces, arXiv: 1307.2196v1(2013年7月8日)」、「Seo et al., Model validation of untethered, ultrasonic neural ダストモートs for cortical recording, Journal of Neuroscience Methods, vol. 224,pp. 114-122」(2014年8月7日、オンラインで入手可能)、および「Bertrand et al.,Beamforming approaches for untethered, ultrasonic ニューラルダスト モート for cortical recording: a simulation study, IEEE EMBC(2014年8月)」を参照のこと。これらの論文に記載されたニューラルダストシステムは、皮質記録(すなわち、脳の電気信号の記録)に用いられる。これらの論文に示された当該用途では、モートが脳組織(皮質)に埋め込まれ、超音波トランシーバ(すなわち「呼びかけ機」)が硬膜の下方、皮質上に埋め込まれ、外部のトランシーバが、患者の頭部の、硬膜下超音波トランシーバが埋め込まれた場所に近接する位置に設置される。このニューラルダストシステムを図1に示す。
本明細書に記載されるのは、対象の生理的状態(例えば、pH、被検物質のレベル、圧力、ひずみ、温度)を検知し、検知した生理的状態を超音波後方散乱を用いて報告する埋め込み型デバイスである。さらに記載されるのは、1つ以上の埋め込み型デバイスと呼びかけ機とを有するシステムである。さらに記載されるのは、生理的状態を検知し該生理的状態を超音波後方散乱を用いて報告する方法である。
図1は、Seo et al., Neural dust: anultrasonic, low power solution for chronic brain-machine interfaces, arXiv:1307.2196v1 (July 8, 2013)に開示される、外部のトランシーバ、硬膜下の呼びかけ機、およびニューラルダストモートを含む、ニューラルダストシステムの概略図である。
本明細書中に記載の埋め込み型デバイスは、小型化超音波トランスデューサ(小型化圧電トランスデューサ等)および生理センサを含む。前記小型化超音波トランスデューサは、呼びかけ機からの超音波エネルギーを受信し、埋め込み型デバイスに電力を供給する。前記呼びかけ機は、外部の呼びかけ機であっても、埋め込まれた呼びかけ機であってもよい。前記呼びかけ機は、送信器および受信器を含み、前記送信器および受信器は、同一の構成要素上にあってもよく、異なる構成要素上にあってもよい。ここで、送信器および受信器は、複合トランシーバとして統合されていてもよい。生理センサは、生理的状態(圧力、温度、ひずみ、圧力、または1種類以上の被検物質の量等)を検出し、アナログ電気信号またはデジタル電気信号を発生させる。呼びかけ機から送信される超音波の力学的エネルギーが、埋め込み型デバイス上の小型化超音波トランスデューサを振動させ、小型化超音波トランスデューサが電流を発生させる。小型化超音波トランスデューサにおける電流の流れは、埋め込み型デバイス中の電気回路によって、検出された生理的状態に基づいて変調される。小型化超音波トランスデューサは、検知された生理的状態を表す情報を通信する超音波後方散乱を発する。発せられた超音波後方散乱は、呼びかけ機の受信器構成要素によって検知される。
本明細書中に使用される場合、単数形(a、an、およびthe)は、文脈中で特に明記されていない場合、複数形を含む。
呼びかけ機は、超音波を用いて、1つ以上の埋め込み型デバイスと無線通信することができる。超音波は、埋め込み型デバイスへ電力を供給し、かつ/または埋め込み型デバイスを作動させるために使用される。呼びかけ機は、さらに、埋め込み型デバイスからの超音波後方散乱を受信することができる。超音波後方散乱は、検知された生理的状態を表す情報をエンコードする。呼びかけ機は、1つ以上の超音波トランスデューサを含む。超音波トランスデューサは、超音波送信器および/または超音波受診器(または、超音波を交替で送信または受信するよう構成され得るトランシーバ)として作動できる。1つ以上のトランスデューサは、トランスデューサアレイとして配置されてもよく、呼びかけ機は、任意で1つ以上のトランスデューサアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、超音波送信機能は、別のデバイス上の超音波受信機能から分離されている。つまり、任意で、呼びかけ機は、埋め込み型デバイスへ超音波を送信する第1デバイス、および埋め込み型デバイスから超音波後方散乱を受信する第2デバイスを含む。いくつかの実施形態では、アレイ中の各トランスデューサは、規則的な間隔で配置されてもよく、不規則的な間隔で配置されてもよく、またはまばらに配置されてもよい。いくつかの実施形態では、アレイは柔軟性に富んでいる。いくつかの実施形態では、アレイは平面であり、いくつかの実施形態では、アレイは非平面である。
埋め込み型デバイスおよび呼びかけ機は、超音波を用いて互いに無線で通信する。埋め込み型デバイスは、当該埋め込み型デバイス上の小型化超音波トランスデューサを介して、呼びかけ機からの超音波を受信する。埋め込み型デバイス上の小型化超音波トランスデューサの振動が、当該トランスデューサの電気端子間で電圧を発生させ、(センサ、および/または存在すれば、ASICを含む)デバイス中に、電流が流れる。センサによって検出される生理的状態に応じて、生理的状態に関する情報が電流を変えることができ、今度は当該電流が、小型化超音波トランスデューサからの後方散乱を変調する。センサシステム(任意でASICを含む)は、トランスデューサ上の電気端子に電気インピーダンスを供給する。このインピーダンスが変化すれば、(デバイスの外側から確認できる)トランスデューサの機械的インピーダンスが変化し、その結果、後方散乱が変化する。このように、センサシステムはトランスデューサに供給される電気インピーダンスを変調して、後方散乱通信を遂行する。それから、後方散乱は、外部の超音波トランシーバ(最初の超音波を送信した外部の超音波トランシーバと同じであっても異なっていてもよい)によって受信される。このように、センサからの情報を、後方散乱超音波の振幅、周波数、または位相の変化によってエンコードすることができる。
埋め込み型デバイスは、小型化超音波トランスデューサ(例えば、小型化圧電トランスデューサ、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(CMUT)、または圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT))と、生理センサ(例えば、温度センサ、酸素センサ、pHセンサ、ひずみセンサ、圧力センサ、またはグルコースセンサ)とを有する。いくつかの実施形態では、生理センサと小型化超音波トランスデューサとの間で通信できる特定用途向け集積回路(ASIC)が埋め込み型デバイスに含まれる。呼びかけ機が超音波を送り、該超音波により、埋め込み型デバイス上の小型化超音波トランスデューサを介して、該埋め込み型デバイスに電力を供給するとともに該埋め込み型デバイスと通信することができる。変化したインピーダンスが小型化超音波トランスデューサ内を流れる電流に影響を与え、それが超音波後方散乱に影響を与える。このように、生理的状態の変化が超音波後方散乱に影響を与え、それを呼びかけ機によって検出することができる。図6Aは、小型化超音波トランスデューサ602と生理センサ604とを有する埋め込み型デバイスの概略図を示す。図6Bは、小型化超音波トランスデューサ606とASIC608と生理センサ610とを有する埋め込み型デバイスの概略図を示す。
埋め込み型デバイスは1つ以上のセンサを有する。センサは、生理的状態(例えば、温度、酸素濃度、pH、被検物質(例えばグルコース)、ひずみ、または圧力)を検出するよう構成されている。生理的状態の変化がインピーダンスを変調させ、今度はインピーダンスが埋め込み型デバイス上の小型化超音波トランスデューサを流れる電流を変調させる。先に説明したように、これにより、呼びかけ機で検出される超音波後方散乱が生成される。超音波後方散乱波の変化は、生理的状態に関する情報を反映している。いくつかの実施形態では、システムは、生理的システムの変化を検出するよう構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、例えば超音波後方散乱を既知の値に校正することにより、生理的状態の値または近似値を検出するよう構成されている。
埋め込み型デバイスは、小型化超音波トランスデューサ(例えば、CMUT、PMUT、またはバルク圧電トランスデューサ)を圧電トランスデューサの第1面上の第1電極に取り付け、第2電極を圧電トランスデューサの第2面(第1面と第2面は圧電トランスデューサの互いに反対側にある)に取り付けて製造することができる。第1電極および第2電極は特定用途向け集積回路(ASIC)に取り付けられてよく、該ASICはプリント回路基板(PCB)上に配置されてよい。構成要素のPCBへの取り付けとして、ワイヤボンディング、はんだ付け、フリップチップボンディング、または金バンプボンディングを挙げ得る。ASICは1つ以上のセンサを有し得る。
実施形態1.被検物質の量、pH、温度、ひずみ、または圧力を検出するよう構成されたセンサと、
最大寸法の長さが約5mm以下の超音波トランスデューサであって、上記センサによって検出された、上記被検物質の量、上記pH、上記温度、または上記圧力に基づいて変調された電流を受信し、上記受信された電流に基づいて超音波後方散乱を発するよう構成された、超音波トランスデューサと、
を有する、埋め込み型デバイス。
[0183]
実施形態28.上記温度センサは、サーミスタ、熱電対、または絶対温度比例(PTAT)回路である、実施形態27に記載の埋め込み型デバイス。
最大寸法の長さが約5mm以下の超音波トランスデューサを有する1つ以上の埋め込み型デバイスに電力を供給する超音波を受信する工程と、
上記超音波から電流へエネルギーを変換する工程と、
上記被検物質の量、上記pH、上記温度、または上記圧力を測定するよう構成されたセンサに、上記電流を送信する工程と、
上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、または上記測定された圧力に基づいて、上記電流を変調する工程と、
上記変調された電流を、上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、または上記測定された圧力をエンコードする超音波後方散乱に変換する工程と、
上記超音波後方散乱を、該超音波後方散乱を受信するよう構成された1つ以上のトランスデューサを有する呼びかけ機に発する工程と、
を含む、方法。
最大寸法の長さが約5mm以下の超音波トランスデューサを有する1つ以上の埋め込み型デバイスに電力を供給する超音波を受信する工程と、
上記超音波から電流へエネルギーを変換する工程と、
上記被検物質の量、上記pH、上記温度、または上記圧力を、センサを用いて測定する工程と、
上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、または上記測定された圧力に基づいて、上記電流を変調する工程と、
上記変調された電流を、上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、または上記測定された圧力をエンコードする超音波後方散乱に変換する工程と、
上記超音波後方散乱を、該超音波後方散乱を受信するよう構成された1つ以上のトランスデューサを有する呼びかけ機に発する工程と、
を含む、方法。
身体状態を検知するリード線と、受信した超音波呼びかけパルスを該リード線によって検知された身体状態に基づいて変調して反射する回路と、を有する埋め込み型デバイスと、
を有する、医療システム。
生物学的状態を検知するリード線と、該リード線によって検知された生物学的状態に応じる少なくとも1つの応答型領域と、上記検知された生物学的状態に応じない少なくとも1つの非応答性領域と、を有する埋め込み型デバイスと、を有し、
上記埋め込み型デバイスは受信された超音波呼びかけパルスを反射して、特定のパルスシグネチャーを生成し、該特定のパルスシグネチャーは、該シグネチャーの少なくとも1つの部分が上記少なくとも1つの応答型領域に対応し、該シグネチャーの少なくとも1つの他の部分が上記少なくとも1つの非応答型領域に対応している、医療システム。
複数の埋め込み型デバイスであって、各埋め込み型デバイスは、身体状態を検知するリード線と、受信した超音波呼びかけパルスを、該リード線が検知した身体状態に基づいて変調して反射する回路と、を有する、複数の埋め込み型デバイスと、
を有する、医療システム。
身体内生物学的状態を検知する光センサと、反射超音波後方散乱通信において、上記身体内生物学的状態を示す情報を変調させる超音波後方散乱通信システムと、を有する身体埋め込み型デバイスと、
を有する、身体内状態検知システム。
身体内生物学的状態を検知する光センサを有する身体埋め込み型デバイスを所定の位置に埋め込む工程であって、該身体埋め込み型デバイスは反射された生物学的状態を変調させる超音波後方散乱通信システムをさらに有する、工程と、
超音波送信を生成し、生成された超音波送信によって生成された超音波後方散乱を受信するよう構成された超音波トランシーバを用いて、上記身体埋め込み型デバイスに、上記検知された内部生物学的状態を示す情報を得るよう呼びかける工程と、
を含む、方法。
身体内生物学的状態を検知する圧力センサと、反射超音波後方散乱通信において、上記身体内生物学的状態を示す情報を変調させる超音波後方散乱通信システムと、を有する身体埋め込み型デバイスと、
を有する、身体内状態検知システム。
身体内生物学的状態を検知する温度センサと、反射超音波後方散乱通信において、上記身体内生物学的状態を示す情報を変調させる超音波後方散乱通信システムと、を有する身体埋め込み型デバイスと、
を有する、身体内状態検知システム。
身体内生物学的状態を検知する電位差測定化学センサと、反射超音波後方散乱通信において、上記身体内生物学的状態を示す情報を変調させる超音波後方散乱通信システムと、を有する身体埋め込み型デバイスと、
を有する、身体内状態検知システム。
身体内生物学的状態を検知する電流測定化学センサと、反射超音波後方散乱通信において、上記身体内生物学的状態を示す情報を変調させる超音波後方散乱通信システムと、を有する身体埋め込み型デバイスと、
を有する、身体内状態検知システム。
(実施例1)埋め込み型デバイスの製造
短縮された形態では、埋め込み型デバイスの組み立て工程は以下の通りである。
1.ASICをPCBに取り付ける。
2.ASICのポートをPCBにワイヤボンディングする。
3.圧電素子をPCBに取り付ける。
4.圧電素子のポートをPCBにワイヤボンディングする。
5.導出電極以外、デバイス全体を被包する。
ダイ1:閾値電圧500mVの長チャネルFET。
ダイ2:閾値電圧500mVの短チャネルFET。
ダイ3:閾値電圧0mVのネイティブFET。
埋め込み型デバイスのテストは、基板から伸びるテストリード線が細いために、困難であるのが常であった。I‐V測定のためにこれらのビアにクリップを取り付けたり取り外したりすると、リード線をデバイスの本体から引っ張って外す結果となることが多かった。さらに、テストリード線のため、水タンクテスト測定を行うのが困難である。水中に露出した電子機器は短絡するからである。この問題を回避するため、埋め込み型デバイス測定のテストベッドとなるようPCBを設計した。PCB(Bay Area Circuits, Fremont, CA)はFR‐4から作製し、60milの厚さであった。該PCBは、バージョン2埋め込み型デバイス基板のレイアウトに合うように基板上に配置した4つのビアを有する。
エポキシ被包材料よりも炭化珪素(SiC)の方が、埋め込み型デバイスを絶縁し保護するのに有効な材料かもしれない。SiCは、SiとCとの共有結合により形成され、結合長さの短い四面体分子を形成し、したがって結合強度が高く、化学的・機械的安定性が高い。非晶質SiC(a−SiC)は、生物医学のコミュニティでコーティング材料として歓迎されてきた。a−SiCは、結晶質のSiCが通常必要とする温度よりずっと低い温度で蒸着でき、電気絶縁体であるからである。a−SiCの蒸着は、一般的に、プラズマ助長化学蒸着(PECVD)またはスパッタリングによって行う。スパッタリングしたa−SiCを用いた現在進行中の研究によれば、ピンホールのないSiC層を形成するのは困難である。むしろ、SiH4およびCH4を前駆体として用いたPECVDが、目覚ましい、ピンホールのないSiCフィルムを作り出せる。
さまざまな構造のPZT結晶を得るのが比較的容易であることから、PZTを用いて一組の実験を行った。いくつかの厚さの金属化PZTシートを得た(PSI-5A4E, Piezo Systems, Woburn, MA and PZT84, APC Internationals, Mackeyville, PA)。PZTの最小の厚さは127μmであった。生体適合性のため、PZTをPDMS珪素の中に完全に被包した。
本実施例では、分散型超音波ベースの記録プラットフォーム(adistributed, ultrasound-based recording platform)において後方散乱を介して個々の埋め込み型センサに呼びかけることのできる超音波ビームフォーミングシステムを提示する。カスタムASICが、7×2PZTトランスデューサアレイを、特定のプログラム可能な時間遅延を有する3サイクルの32V方形波で駆動し、50mm離れた位置にある800μmのニューラルダストモートにビームを集束させる。水中の受信モートの測定された音‐電気変換効率は0.12%であり、システム全体は26.3%の電力を1.8V電源からトランスデューサ駆動出力へと送達し、各送信位相において0.75μJを消費し、後方散乱回路の入力に印加されるボルト毎に後方散乱が0.5%変化する。送信アレイおよび受信モート双方のさらなる縮小により、ウェアラブルな長期検知・神経調節システムへの道が開ける。
埋め込み型デバイスを、50μmの厚さのポリイミド柔軟性印刷回路基板(PCB)上に製造し、超音波トランスデューサ圧電結晶(0.75mm×0.75mm×0.75mm)およびカスタムトランジスタ(0.5mm×0.45mm)を基板の上側に導電性銀ペーストで取り付けた。アルミニウムのワイヤボンドと導電性の金のトレースとを用いて、要素間の電気接続を行う。基板の底に露出した金の導出パッド(0.2mm×0.2mm)を、1.8mm間隔で分け、神経または筋肉と接触させて電気生理学的信号を記録する。記録した信号を、マイクロビアを通してトランジスタの入力に送る。さらに、いくつかのインプラントは、0.35mm幅、25mm長の柔軟で規格に準拠したリード線を有し、該リード線は、圧電結晶間の電圧の同時測定、および、超音波トランスデューサによって用いられる電極対間の細胞外電位の直接的有線測定用のテスト点を有した(グラウンド・トゥルース測定としての、細胞外電位のこの直接的有線記録は以下で述べる。これは、超音波再構築データのコントロールとして用いられる)。インプラント全体を医療用グレードのUV硬化性エポキシに被包して、ワイヤボンドを保護し絶縁する。単一の埋め込み型デバイスのサイズは、およそ0.8mm×3mm×1mmである。インプラントのサイズは、本発明者らの市販のポリイミドバックプレーン技術(これは、誰にでも購入できる)の使用によってのみ制限される。自前のポリマーパターニングを有するより積極的な組み立て技術に頼るならば、圧電結晶寸法よりさほど大きくないインプラントが作られるであろう(〜1mm3のインプラントを生成する)。
埋め込み型デバイスと、トランスデューサアレイを有する呼びかけ機とを有するシステムを、インビボ環境を模倣した作業台上の設備を用いて検証する。超音波結合ゲルは、その音響インピーダンスが目標の生物組織の音響インピーダンスに似ている(約1.5MRayl)ことから、組織模型として機能する。埋め込み型デバイスはバルク圧電トランスデューサを有し、該バルク圧電トランスデューサは、該トランスデューサと接触する2つの電極と直接に接続する。上記埋め込み型デバイスを組織模型内に置き、呼びかけ機トランスデューサアレイを上記ゲルに結合する。どちらの素子も、正確な配置のため、正確さを調整したステージに取り付ける。トランスデューサアレイはダストモートから14mm離して配置する。これは、超音波結合ゲル内での、音響速度1,540m/sを想定した18.6μsの往復飛行時間に相当する。トランスデューサアレイは6つの1.8MHz、0〜32Vの方形パルスで励起し、後方散乱信号を17Mspsで2000サンプル、12ビットの分解能でデジタル化する。時間領域後方散乱検査のため、全後方散乱波形をデバイス上でリアルタイムでフィルタリングして有線シリアル接続を介してクライアントに送る。通常の動作では、全調節抽出アルゴリズムをデバイス上の後方散乱データに対してリアルタイムで適用して、後方散乱信号を4バイトに圧縮する。処理済みデータをBluetooth(登録商標)のSSPプロトコルを通して遠隔のクライアントに送信し、GUIを介してリアルタイムでストリームする。
本実施例は、温度センサ、すなわちサーミスタを有するバルク圧電トランスデューサを有する埋め込み型デバイスを実証する。上記システムは、超音波を用いて埋め込み型デバイスに電力を供給する呼びかけ機を用い、センサによって検出された温度に応じて変調された埋め込み型デバイスからの超音波後方散乱を記録する。本実施例は、体積が1.45mm3および0.118mm3である市販の部品に基づく2つのサイズのセンサを実証する。バルク圧電トランスデューサは、最大寸法でも700μmほど小さくなり得る。個々のセンサは±0.5℃の温度変化を決めることができ、医療診断および監視の目的に適当である。生理的状態についての14日間を超える温度測定での変化は0.3℃未満である。このアプローチは、より洗練された温度センサ(例えば、古典的な絶対温度比例(PTAT)集積回路)およびデジタル後方散乱アプローチとも両立できる。
Claims (56)
- 被検物質の量、pH、温度、ひずみ、または圧力を検出するよう構成されたセンサと、
最大寸法の長さが約5mm以下の超音波トランスデューサであって、上記センサによって検出された、上記被検物質の量、上記pH、上記温度、または上記圧力に基づいて変調された電流を受信し、上記受信された電流に基づいて超音波後方散乱を発するよう構成された、超音波トランスデューサと、
を有する、埋め込み型デバイス。 - 上記超音波トランスデューサは、上記埋め込み型デバイスに電力を供給する超音波を受信するよう構成されている、請求項1に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記超音波トランスデューサは、1つ以上の超音波トランスデューサを含む呼びかけ機からの超音波を受信するよう構成されている、請求項2に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記超音波トランスデューサは、バルク圧電トランスデューサ、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)、または容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ(CMUT)である、請求項1から3のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 最大寸法の長さが約5mm以下である、請求項1から4のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 体積が約5mm3以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 対象に埋め込まれる、請求項1から6のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記対象はヒトである、請求項7に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記対象は動物または植物である、請求項7に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサは上記被検物質の量またはpHを検出する、請求項1から9のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサは光センサである、請求項10に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記光センサは光源および光検出器を有する、請求項11に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記光センサは血圧または脈拍を検出する、請求項11または12に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記光センサは、蛍光色素を含むマトリクスを有し、上記蛍光色素の蛍光強度または蛍光寿命は上記被検物質の量に依存する、請求項11または12に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサはpHまたは酸素を検出する、請求項11、12、または14のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記光センサは近赤外線分光法を行うよう構成されている、請求項11または12に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサはグルコースを検出する、請求項16に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサは電位差測定化学センサまたは電流測定化学センサである、請求項1から10のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサは酸素、pH、またはグルコースを検出する、請求項18に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサは温度センサである、請求項1から10のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記温度センサは、サーミスタ、熱電対、または絶対温度比例(PTAT)回路である、請求項20に記載の埋め込み型デバイス。
- バルク圧電超音波トランスデューサとサーミスタとを有する、請求項1から10のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサは圧力センサである、請求項1から9のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記圧力センサはマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)センサである、請求項23に記載の埋め込み型デバイス。
- 血圧または脈拍を測定するよう構成されている、請求項23または24に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記センサはひずみセンサである、請求項1から9のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 集積回路をさらに有する、請求項1から26のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記集積回路は、電源回路と、上記センサに電流を供給するよう構成されたドライバと、上記センサから信号を受信するよう構成されたフロントエンドと、デジタル回路のうち1つ以上を有する、請求項27に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記集積回路は上記デジタル回路を有し、上記デジタル回路は変調回路を作動させるよう構成されている、請求項27または28に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記デジタル回路は上記変調回路にデジタル化信号を送信するよう構成されており、該デジタル化信号は上記検出された被検物質の量、上記検出された温度、上記検出されたひずみ、または上記検出された圧力に基づく、請求項28または29に記載の埋め込み型デバイス。
- 生体適合性物質によって少なくとも部分的に被包されている、請求項1から30のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 上記埋め込み型デバイスは非応答型リフレクタ(non-responsivereflector)をさらに有する、請求項1から31のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 2つ以上のセンサを有する、請求項1から32のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイス。
- 請求項1から33のいずれか一項に記載の1つ以上の埋め込み型デバイスと、該1つ以上の埋め込み型デバイスに超音波を送信するか、該1つ以上の埋め込み型デバイスから超音波後方散乱を受信するよう構成されている1つ以上の超音波トランスデューサを有する呼びかけ機と、を有する、システム。
- 上記呼びかけ機は1つ以上の超音波トランスデューサアレイを有し、各トランスデューサアレイは2つ以上の超音波トランスデューサを有する、請求項34に記載のシステム。
- 複数の埋め込み型デバイスを有する、請求項34または33に記載のシステム。
- 上記呼びかけ機は、送信される超音波をビームステアリングして、該送信される超音波を、上記複数の埋め込み型デバイスの第1部分または上記複数の埋め込み型デバイスの第2部分に交互に集中させるよう構成されている、請求項36に記載のシステム。
- 上記呼びかけ機は、少なくとも2つの埋め込み型デバイスから超音波後方散乱を同時に受信するよう構成されている、請求項36に記載のシステム。
- 上記呼びかけ機は、時間分割多重化、空間多重化、または周波数多重化を用いて、上記複数の埋め込み型デバイスに超音波を送信するか、上記複数の埋め込み型デバイスから超音波後方散乱を受信するよう構成されている、請求項36に記載のシステム。
- 上記呼びかけ機は、対象によって着用可能であるよう構成されている、請求項36から39のいずれか一項に記載のシステム。
- 被検物質の量、pH、温度、ひずみ、または圧力を検出する方法であって、
最大寸法の長さが約5mm以下の超音波トランスデューサを有する1つ以上の埋め込み型デバイスに電力を供給する超音波を受信する工程と、
上記超音波から電流へエネルギーを変換する工程と、
上記被検物質の量、上記pH、上記温度、ひずみ、または上記圧力を測定するよう構成されたセンサに、上記電流を送信する工程と、
上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、上記測定されたひずみ、または上記測定された圧力に基づいて、上記電流を変調する工程と、
上記変調された電流を、上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、上記測定されたひずみ、または上記測定された圧力をエンコードする超音波後方散乱に変換する工程と、
上記超音波後方散乱を、該超音波後方散乱を受信するよう構成された1つ以上のトランスデューサを有する呼びかけ機に発する工程と、
を含む、方法。 - 被検物質の量、pH、温度、ひずみ、または圧力を検出する方法であって、
最大寸法の長さが約5mm以下の超音波トランスデューサを有する1つ以上の埋め込み型デバイスに電力を供給する超音波を受信する工程と、
上記超音波から電流へエネルギーを変換する工程と、
上記被検物質の量、上記pH、上記温度、上記ひずみ、または上記圧力を、センサを用いて測定する工程と、
上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、上記測定されたひずみ、または上記測定された圧力に基づいて、上記電流を変調する工程と、
上記変調された電流を、上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、上記測定されたひずみ、または上記測定された圧力をエンコードする超音波後方散乱に変換する工程と、
上記超音波後方散乱を、該超音波後方散乱を受信するよう構成された1つ以上のトランスデューサを有する呼びかけ機に発する工程と、
を含む、方法。 - 上記呼びかけ機を用いて上記超音波後方散乱を受信する工程をさらに含む、請求項41または42に記載の方法。
- 上記超音波を送信するよう構成された上記呼びかけ機を用いて、上記超音波を送信する工程をさらに含む、請求項41から43のいずれか一項に記載の方法。
- 上記超音波後方散乱を分析して、上記測定された被検物質の量、上記測定されたpH、上記測定された温度、上記測定されたひずみ、または上記測定された圧力を決定する工程を含む、請求項41から44のいずれか一項に記載の方法。
- 上記1つ以上の埋め込み型デバイスは、血管、移植臓器、腫瘍、または感染部位に接して、またはその内部に、またはそれに近接して埋め込まれる、請求項41から45のいずれか一項に記載の方法。
- 光を発する工程と蛍光強度または蛍光寿命を検出する工程とを含み、上記蛍光強度または蛍光寿命は上記被検物質の量または上記pHに依存する、請求項41から46のいずれか一項に記載の方法。
- 発振発光と検出された蛍光とのあいだの位相シフトを決定する工程を含み、上記位相シフトは上記被検物質の量または上記pHに依存する、請求項47に記載の方法。
- パルス化発光または発振発光に由来する、上記検出された蛍光の蛍光寿命を決定する工程を含む、請求項48に記載の方法。
- グルコースの量を測定する工程を含む、請求項41から49のいずれか一項に記載の方法。
- 上記呼びかけ機に対する上記1つ以上の埋め込み型デバイスの位置を決定する工程を含む、請求項41から50のいずれか一項に記載の方法。
- 上記1つ以上の埋め込み型デバイスの動作を検出する工程を含む、請求項41から51のいずれか一項に記載の方法。
- 上記埋め込み型デバイスを対象に埋め込む工程を含む、請求項41から52のいずれか一項に記載の方法。
- 上記対象は動物または植物である、請求項53に記載の方法。
- 上記対象はヒトである、請求項53または54に記載の方法。
- 上記超音波後方散乱はデジタル化信号をエンコードする、請求項41から55のいずれか一項に記載の方法。
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